低能耗被动柔性踝足关节假肢

摘要

本发明的低能耗被动柔性踝足关节假肢，通过在柔性支撑组件设置前足坡度和后跟坡度使假肢，使假肢脚跟着地时，使足板后跟构件沿着坡度高的地方辅助人体向坡度低的方向倾斜，模拟人体足踝部外旋的姿态，以及假肢趾尖离地时，使足前板构件沿着坡度高的地方辅助人体向坡度低的方向倾斜，模拟人体足踝部内旋的姿态；以及假肢在外旋或内旋，通过带动踝部底板配合踝部顶板对挤压形变件的挤压导向，使踝部组件向内侧或外侧侧倾，模拟人体自然步行时足板内翻和外翻的动作。本发明的假肢，较好地模拟人体自然步行姿态，避免了截肢者在不自然步行时消耗不必要的能耗，有效地辅助截肢者自然步态的恢复使用可靠。

权利要求

1.低能耗被动柔性踝足关节假肢，其特征在于，包括：足板顶组件，包括可分别向底部方向弹性活动的足前板构件和足板后跟构件；

柔性支撑组件，其包括位于足前板构件下侧的前足支撑垫以及位于足板后跟构件下侧的后跟支撑垫，前足支撑垫顶部设有沿假肢内侧方向减小的前足坡度，使足前板构件受压时沿前足坡度方向侧倾，后跟支撑垫顶部设有坡度沿假肢外侧方向减小的后跟坡度，使足板后跟构件受压时沿后跟坡度方向侧倾；

踝部组件，连接在足板顶组件顶部后侧，其包括踝部顶板、踝部底板和挤压形变件，踝部顶板底部设有顶板导向座，踝部底板上侧设有底板导向座，所述挤压形变件两端分别抵接在顶板导向座和底板导向座，顶板导向座设有对应假肢内侧的顶板内侧导向区以及对应假肢外侧的顶板外侧导向区，踝部底板设有对应假肢内侧的底板内侧导向区以及对应假肢外侧的底板外侧导向区；

足前板构件沿前足坡度方向侧倾时，通过顶板内侧导向区和底板内侧导向区对挤压形变件的挤压作用使踝部组件向内侧侧倾；

足板后跟构沿后跟坡度方向侧倾时，通过顶板外侧导向区和底板外侧导向区对挤压形变件的挤压作用使踝部组件向外侧侧倾，所述顶板外侧导向区坡度大于顶板内侧导向区坡度；所述底板外侧导向区坡度大于底板内侧导向区坡度；

所述踝部组件还包括设于所述踝部顶板和踝部底板之间的弹性复位件，所述弹性复位件用于所述挤压形变件形变复位。

2.根据权利要求1所述的低能耗被动柔性踝足关节假肢，其特征在于，所述挤压形变件包括对应顶板外侧导向区设置的外侧挤压区和对应顶板内侧导向区设置的内侧挤压区，所述外侧挤压区的材料硬度小于所述内侧挤压区。

3.根据权利要求1所述的低能耗被动柔性踝足关节假肢，其特征在于，所述足板顶组件还包括连接在所述柔性支撑组件中部的支撑件以及足前板牵引件，所述足前板构件和足板后跟构件分别连接在所述支撑件的两侧，所述足前板牵引件位于所述支撑件上侧，其两端分别连接足前板构件和足板后跟构件。

4.根据权利要求3所述的低能耗被动柔性踝足关节假肢，其特征在于，所述顶板导向座设有对应假肢前侧的顶板前侧导向区以及对应假肢后侧的顶板后侧导向区，底板导向座设有对应假肢前侧的底板前侧导向区以及对应假肢后侧的底板后侧导向区；

所述挤压形变件包括对应顶板前侧导向区设置的前侧挤压区和对应顶板后侧导向区设置的后侧挤压区，所述前侧挤压材料硬度小于所述后侧挤压区。

5.根据权利要求4所述的低能耗被动柔性踝足关节假肢，其特征在于，所述顶板前侧导向区坡度大于顶板后侧导向区坡度；所述底板前侧导向区坡度大于底板后侧导向区坡度。

6.根据权利要求3所述的低能耗被动柔性踝足关节假肢，其特征在于，所述踝部组件设于所述足板后跟构件上。

7.根据权利要求1所述的低能耗被动柔性踝足关节假肢，其特征在于，所述弹性复位件为波纹套筒，所述踝部顶板和踝部底板之间通过所述波纹套筒连接，所述挤压形变件设于所述波纹套筒内。

8.根据权利要求3所述的低能耗被动柔性踝足关节假肢，其特征在于，所述足前板构件和足板后跟构件分别自与所述支撑件连接的一侧沿另一侧方向向下倾斜布置；

还包括第一牵引件和第二牵引件，所述第一牵引件位于所述足板顶组件的外侧，其两端分别与足前板构件和足板后跟构件连接；所述第二牵引件位于所述足板顶组件的内侧，其两端分别与足前板构件和足板后跟构件连接。

9.根据权利要求1至5任一项所述的低能耗被动柔性踝足关节假肢，其特征在于，还包括第三牵引件，所述第三牵引件位于所述踝部组件外周设有多个，所述第三牵引件的两端分别连接所述踝部顶板和踝部底板。

说明书

低能耗被动柔性踝足关节假肢

技术领域

[0001] 本发明属于人体假肢技术领域，具体涉及低能耗被动柔性踝足关节假肢。

背景技术

[0002] 踝足关节下体假肢主要作用有以下几个方面，1.支撑人体重量；2.缓震作用；3.辅助恢复自然步态行走；4.足趾离地期推进助力。但是，目前现有的下体假肢多数为刚性假
肢，主动型刚性假肢虽然在支撑人体重量、缓震及推进过程中能发挥较高的工作效率。正常
人体在自然步态行走过程中，在步态初期脚跟着地时，人体足踝部整体会有外旋以及踝关
节会有稍微向外侧倾的动作，在步态末期趾尖离地时，人体足踝部整体会有向内侧旋后以
及踝关节会有稍微向外侧倾动作。现有的刚性假肢并没有较好地模拟人体自然步态行走时
足踝部的内外翻形变以及踝关节自然侧倾动作，导致其不利于截肢者自然步态的恢复以及
过多的增加人体负荷与提高新陈代谢速率，不利于截肢者自然步态。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种模拟人体自然步行姿态、有效地辅助截肢者自然步态的恢复的低能耗被动柔性踝足关节假肢。

[0004] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0005] 低能耗被动柔性踝足关节假肢，包括：

[0006] 足板顶组件，包括可分别向底部方向弹性活动的足前板构件和足板后跟构件。

[0007] 柔性支撑组件，其包括位于足前板构件下侧的前足支撑垫以及位于足板后跟构件下侧的后跟支撑垫，前足支撑垫顶部设有沿假肢内侧方向减小的前足坡度，使足前板构件
受压时沿前足坡度方向侧倾，后跟支撑垫顶部设有坡度沿假肢外侧方向减小的后跟坡度，
使足板后跟构件受压时沿后跟坡度方向侧倾。

[0008] 踝部组件，连接在足板顶组件顶部后侧，其包括踝部顶板、踝部底板和挤压形变件，踝部顶板底部设有顶板导向座，踝部底板上侧设有底板导向座，所述挤压形变件两端分
别抵接在顶板导向座和底板导向座，顶板导向座设有对应假肢内侧的顶板内侧导向区以及
对应假肢外侧的顶板外侧导向区，踝部底板设有对应假肢内侧的底板内侧导向区以及对应
假肢外侧的底板外侧导向区。

[0009] 足前板构件沿前足坡度方向侧倾时，通过顶板内侧导向区和底板内侧导向区对挤压形变件的挤压作用使踝部组件向内侧侧倾。

[0010] 足板后跟构沿后跟坡度方向侧倾时，通过顶板外侧导向区和底板外侧导向区对挤压形变件的挤压作用使踝部组件向外侧侧倾。

[0011] 与现有技术相比，本发明的低能耗被动柔性踝足关节假肢，通过在柔性支撑组件设置前足坡度和后跟坡度使假肢，使假肢脚跟着地时，使足板后跟构件沿着坡度高的地方
辅助人体向坡度低的方向倾斜，模拟人体足踝部外旋的姿态，以及假肢趾尖离地时，使足前
板构件沿着坡度高的地方辅助人体向坡度低的方向倾斜，模拟人体足踝部内旋的姿态；以
及假肢在外旋或内旋，通过带动踝部底板配合踝部顶板对挤压形变件的挤压导向，使踝部
组件向内侧或外侧侧倾，模拟人体自然步行时足板内翻和外翻的动作。本发明的假肢，较好
地模拟人体自然步行姿态，避免了截肢者在不自然步行时消耗不必要的能耗，有效地辅助
截肢者自然步态的恢复使用可靠。

[0012] 进一步的，所述顶板外侧导向区坡度大于顶板内侧导向区坡度；所述底板外侧导向区坡度大于底板内侧导向区坡度；所述挤压形变件包括对应顶板外侧导向区设置的外侧
挤压区和对应顶板内侧导向区设置的内侧挤压区，所述外侧挤压区的材料硬度小于所述内
侧挤压区；通过这样设置，使踝部组件向外侧倾的角度大于其向内侧倾的角度，模拟人体步
行时足板外翻的幅度大于内翻的幅度，人体自然步姿仿真效果好。

[0013] 进一步的，所述足板顶组件还包括连接在所述柔性支撑组件中部的支撑件以及足前板牵引件，所述足前板构件和足板后跟构件分别连接在所述支撑件的两侧，所述足前板
牵引件位于所述支撑件上侧，其两端分别连接足前板构件和足板后跟构件；通过这样设置，
足板后跟构件着地时通过足前板牵引件拉动足前板构件上翻，模拟人体步行时足板背屈的
动作。

[0014] 进一步的，所述顶板导向座设有对应假肢前侧的顶板前侧导向区以及对应假肢后侧的顶板后侧导向区，底板导向座设有对应假肢前侧的底板前侧导向区以及对应假肢后侧
的底板后侧导向区；通过这样设置，使足板顶组件具有向踝部组件一侧上翻或向远离踝部
组件一侧下翻的姿态，模拟人体步行时足板跖屈和背屈的动作。

[0015] 进一步的，所述顶板前侧导向区坡度大于顶板后侧导向区坡度；所述底板前侧导向区坡度大于底板后侧导向区坡度；所述挤压形变件包括对应顶板前侧导向区设置的前侧
挤压区和对应顶板后侧导向区设置的后侧挤压区，所述前侧挤压材料硬度小于所述后侧挤
压区；通过这样设置，使足板顶组件上翻的角度大于其下翻的角度，模拟人体步行时足板背
屈的幅度大于跖屈的幅度，人体自然步姿仿真效果好。

附图说明

[0016] 图1为低能耗被动柔性踝足关节假肢的示意图Ⅰ(该图为左脚肢)

[0017] 图2为低能耗被动柔性踝足关节假肢的示意图Ⅱ(该图为右脚肢)

[0018] 图3为踝部组件去除弹性复位件的示意图

[0019] 图4为踝部组件的爆炸图

[0020] 图5为挤压形变件的示意图

[0021] 图6为踝部底板的示意图

[0022] 图7为踝部顶板的示意图

[0023] 图8为柔性支撑组件和缓震支撑组件的示意图

具体实施方式

[0024] 以下结合附图说明本发明的技术方案：

[0025] 参见图1至图8，本发明的低能耗被动柔性踝足关节假肢，包括：

[0026] 足板顶组件1，包括可分别向底部方向弹性活动的足前板构件11和足板后跟构件12。

[0027] 柔性支撑组件2，其包括位于足前板构件11下侧的前足支撑垫21、位于足板后跟构件12下侧的后跟支撑垫22以及中部连接件23，前足支撑垫21和后跟支撑垫22分别连接在中
部连接件23两端，前足支撑垫21顶部设有沿假肢内侧方向减小的前足坡度，使足前板构件
11受压时沿前足坡度方向侧倾，后跟支撑垫22顶部设有坡度沿假肢外侧方向减小的后跟坡
度，使足板后跟构件12受压时沿后跟坡度方向侧倾。所述柔性支撑组件2为具有可弹性形变
的柔性材料制成，所述前足支撑垫21、中部连接件23和后跟支撑垫22优选为一体结构。

[0028] 踝部组件3，连接在足板顶组件1顶部后侧，其包括踝部顶板31、踝部底板32和挤压形变件33，踝部顶板31和踝部底板32优选采用硬质材料制成，踝部顶板31底部设有顶板导
向座34，踝部底板32上侧设有底板导向座35，所述挤压形变件33两端分别抵接在顶板导向
座34和底板导向座35，顶板导向座34设有对应假肢内侧的顶板内侧导向区342以及对应假
肢外侧的顶板外侧导向区341，踝部底板32设有对应假肢内侧的底板内侧导向区352以及对
应假肢外侧的底板外侧导向区351。

[0029] 足前板构件11沿前足坡度方向侧倾时，通过顶板内侧导向区342和底板内侧导向区352对挤压形变件33的挤压作用使踝部组件3向内侧侧倾。

[0030] 足板后跟构沿后跟坡度方向侧倾时，通过顶板外侧导向区341和底板外侧导向区351对挤压形变件33的挤压作用使踝部组件3向外侧侧倾。

[0031] 上述“外侧方向”为人体两脚部的相对外侧方向，上述“内侧方向”为人体两脚部的相对内侧方向。

[0032] 与现有技术相比，本发明的低能耗被动柔性踝足关节假肢，通过在柔性支撑组件2设置前足坡度和后跟坡度使假肢，使假肢脚跟着地时，使足板后跟构件12沿着坡度高的地
方辅助人体向坡度低的方向倾斜，模拟人体足踝部外旋的姿态，以及假肢趾尖离地时，使足
前板构件11沿着坡度高的地方辅助人体向坡度低的方向倾斜，模拟人体足踝部内旋的姿
态；以及假肢在外旋或内旋，通过带动踝部底板32配合踝部顶板31对挤压形变件33的挤压
导向，使踝部组件3向内侧或外侧侧倾，模拟人体自然步行时足板内翻和外翻的动作。本发
明的假肢，较好地模拟人体自然步行姿态，避免了截肢者在不自然步行时消耗不必要的能
耗，有效地辅助截肢者自然步态的恢复使用可靠。

[0033] 参见图8，在一种实施例中，所述前足支撑垫21包括两并列设置的前足外侧垫211和前足内侧垫212，所述前足外侧垫211厚度大于前足内侧垫212厚度，所述前足外侧垫211
顶面高度大于前足内侧垫212顶面高度，从而前足支撑垫21顶部形成沿假肢内侧方向减小
的前足坡度。

[0034] 所述后跟支撑垫22包括两并列设置的后跟外侧垫221和后跟内侧垫222，所述后跟外侧垫221厚度小于后跟内侧垫222厚度，所述后跟外侧垫221顶面高度小于后跟内侧垫222
顶面高度，从而后跟支撑垫22顶部形成沿假肢外侧方向减小的后跟坡度。

[0035] 参见图2至图7，在一种实施例中，所述顶板外侧导向区341和顶板内侧导向区342为设于所述顶板导向座34上的斜面结构，所述顶板外侧导向区341坡度大于顶板内侧导向
区342坡度；所述底板外侧导向区351和底板内侧导向区352为设于所述底板导向座35上的
斜面结构，所述底板外侧导向区351坡度大于底板内侧导向区352坡度；所述挤压形变件33
包括对应顶板外侧导向区341竖向设置的外侧挤压区331和对应顶板内侧导向区342竖向设
置的的内侧挤压区332，所述外侧挤压区331的材料硬度小于所述内侧挤压区332；通过这样
设置，使踝部组件3向外侧倾的角度大于其向内侧倾的角度，模拟人体步行时足板外翻的幅
度大于内翻的幅度，人体自然步姿仿真效果好。以及使挤压形变件33在外侧挤压区331受压
时比在内侧挤压区332受压时更容易变形，提高用户行走时的舒适性。

[0036] 在一种实施例中，所述足板顶组件1还包括连接在所述柔性支撑组件2中部的支撑件14以及足前板牵引件13，所述足前板构件11和足板后跟构件12分别连接在所述支撑件14
的两侧，所述足前板牵引件13位于所述支撑件14上侧，其两端分别连接足前板构件11和足
板后跟构件12，所述足前板牵引件13、足前板构件11和足板后跟构件12优选为一体结构并
且采用可弹性恢复的柔性材料制成，所述踝部组件3设于所述足板后跟构件12后侧，足板后
跟构件12受压向底部变形时，可对足前板牵引件13产生向后侧牵拉的作用，从而使足前板
构件11以支撑件14为支点轻微上翻；通过这样设置，足板后跟构件12着地时通过足前板牵
引件13拉动足前板构件11上翻，模拟人体步行时足板背屈的动作。

[0037] 在一种实施例中，所述顶板导向座34设有对应假肢前侧的顶板前侧导向区343以及对应假肢后侧的顶板后侧导向区344，所述顶板前侧导向区343和顶板后侧导向区344为
设于所述顶板导向座34上的斜面结构，底板导向座35设有对应假肢前侧的底板前侧导向区
353以及对应假肢后侧的底板后侧导向区354，所述底板前侧导向区353和底板后侧导向区
354为设于所述底板导向座35上的斜面结构；所述顶板前侧导向区343坡度大于顶板后侧导
向区344坡度；所述底板前侧导向区353坡度大于底板后侧导向区354坡度；所述挤压形变件
33还包括对应顶板前侧导向区343竖向设置的前侧挤压区333和对应顶板后侧导向区344竖
向设置的后侧挤压区334，所述前侧挤压材料硬度小于所述后侧挤压区334，使挤压形变件
33在前侧挤压区333受压时比在后侧挤压区334受压时更容易变形，提高用户行走时的舒适
性；通过这样设置，使足板顶组件1具有向踝部组件3一侧上翻或向远离踝部组件3一侧下翻
的姿态，模拟人体步行时足板跖屈和背屈的动作，而且，使足板顶组件1上翻的角度大于其
下翻的角度，模拟人体步行时足板背屈的幅度大于跖屈的幅度，人体自然步姿仿真效果好。

[0038] 参见图5，在一种实施例中，所述挤压形变件33的前侧挤压区333、后侧挤压区334、内侧挤压区332和外侧挤压区331为一体结构，不同挤压区的材料硬度不相同，具体可通过
3d打印技术将挤压形变件33生产为不同分区具有不同材料硬度的结构。

[0039] 参见图5至图8，在一种实施例中，所述踝部组件3还包括设于所述踝部顶板31和踝部底板32之间的弹性复位件36，所述弹性复位件36用于所述挤压形变件33形变复位，具体
的，所述弹性复位件36为波纹套筒，所述波纹套筒可采用塑料材质制成，所述踝部顶板31和
踝部底板32之间通过所述波纹套筒连接，所述挤压形变件33设于所述波纹套筒内；通过这
样设置，假肢在外力消除时，弹性复位件36使踝部组件3形变恢复，便于截肢者保持站立的
自稳状态。波纹套筒具有较好的挤压形变和弹性恢复能力，同时对挤压形变件33起到保护
作用，同时对踝部组件3的周向整体具有较好的弹性复位效果。

[0040] 在一种实施例中，所述踝部顶板31和踝部底板32中部均设有插接柱301，所述挤压形变件33顶部和底部设有与所述插接柱301配合的插接孔302，所述踝部顶板31、踝部底板
32和挤压形变件33装配时，所述踝部顶板31的插接柱301插接在所述挤压形变件33顶部的
插接孔302，所述踝部底板32的插接柱301插接在所述挤压形变件33底部的插接孔302，所述
弹性复位件36套设在所述挤压形变件33外侧并且其上端连接在所述踝部顶板31以及其下
端连接在所述踝部底板32，从而完成所述踝部组件3的整体装配。

[0041] 参见图1，在一种实施例中，所述足前板构件11和足板后跟构件12分别自与所述支撑件14连接的一侧沿另一侧方向向下倾斜布置，使足前板构件11和足板后跟构件12呈八字
型布置；还包括第一牵引件41和第二牵引件(图未示)，优选的，所述第一牵引件41和第二牵
引件为D3O受力形变绳或受力变硬的绳索，D3O受力形变绳也具有受力变刚的性质。

[0042] 所述第一牵引件41设有多组并位于所述足板顶组件1的外侧，其两端分别与足前板构件11和足板后跟构件12连接，所述足前板构件11外侧设有前足连接座43，所述第一牵
引件41一端可通过挂钩或套圈等连接方式安装在前足连接座43上，例如第一牵引件41一端
设有套圈或挂钩，前足连接座43可拆卸设有插销，第一牵引件41一端的套圈或挂钩套接在
插销内，所述第一牵引件41另一端可通过插接方式或插槽方式与足板后跟构件12连接；当
假肢后跟着地时，使足板后跟构件12在沿后跟坡度侧倾时带动第一牵引件41牵拉足前板构
件11，进一步实现后跟着地时足板顶组件1产生完整外旋的效果。

[0043] 所述第二牵引件设有多组并位于所述足板顶组件1的内侧，其两端分别与足前板构件11和足板后跟构件12连接，所述足板后跟构件12内侧设有后跟连接座44，所述第二牵
引件一端可通过挂钩或套圈等连接方式安装在后跟连接座44上，例如第二牵引件一端设有
套圈或挂钩，后跟连接座44可拆卸设有插销，第二牵引件一端的套圈或挂钩套接在插销内，
所述第二牵引件另一端可通过插接方式或插槽方式与足前板构件11连接；当假肢趾尖离
地，使足前板构件11在沿前足坡度侧倾时带动第二牵引件牵拉足板后跟构件12，进一步实
现趾尖离地时足板顶组件1产生完整内旋的效果。

[0044] 在一种实施例中，还包括第三牵引件45，优选的，所述第三牵引件45为D3O受力形变绳或受力变硬的绳索，所述第三牵引件45位于所述踝部组件3外周设有多个，所述第三牵
引件45的两端分别连接所述踝部顶板31外周和踝部底板32外周；例如，所述第三牵引件45
的两端分别绑扎在所述踝部顶板31外周和踝部底板32外周的连接孔303内；通过这样设置，
通过第三牵引件45的牵拉作用限制踝部组件3的侧倾幅度，避免踝部组件3产生较大的侧倾
幅度，模拟踝部组件3微小角度侧倾的效果。

[0045] 参见图1和图2，在一种实施例中，还包括连接于所述柔性支撑组件2底部的缓震支撑组件5，所述缓震支撑组件5为具有可弹性形变的材料制成，所述缓震支撑组件5受压时可
产生形变起到缓冲效果，在压力消除时可复位形变，所述缓震支撑组件5前端底部设有三分
趾结构51，其后侧内部设有缓震块52，所述缓震块52为蜂巢结构，与人足后跟垫的构造类
似，从而更好地模拟人自然行走时的缓震方式。

[0046] 根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的
一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用
了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。